KR20130117291A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전소자에 관한 것으로서, 기존의 막대형 분자구조의 물질(액정 분자)과 용이하게 혼합되기 위하여 작은 분자량을 갖고, 형태 이방성을 갖고 있어서 압전 효과를 향상시킬 수 있는 압전층을 포함하는 압전소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a piezoelectric device, and more particularly, to a piezoelectric device including a piezoelectric layer having a small molecular weight to easily mix with a substance having a rod-like molecular structure (liquid crystal molecule) and having a piezoelectric anisotropy, Device.
기존의 압전소자 (piezoelectric component)로서 PZT나 BaTiO3와 같은 무기 재료들을 액정층으로 사용한다. 상기 무기 압전소자 물질들로 이루어진 액정층은 에너지 변환 효율이 높은 장점을 가지고 있으나, 유연성을 갖춘 전자소자에의 응용이 어렵고 제조과정 상 크리스탈(crystal)을 균일하게 성장시킨 후 가공하여야하는 문제점이 있다. As a conventional piezoelectric component, inorganic materials such as PZT and BaTiO 3 are used as a liquid crystal layer. Although the liquid crystal layer made of inorganic piezoelectric material has the advantage of high energy conversion efficiency, it is difficult to apply it to electronic devices having flexibility, and there is a problem that a crystal must be uniformly grown and then processed .
이러한 무기 압전소자 물질들의 단점을 극복하기 위하여 유기 압전소자 물질들에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 다양한 유기 압전소자 물질에 대한 연구 중에서도 특히 액정 재료를 이용한 압전소자가 최근 관심을 모으고 있다. In order to overcome the disadvantages of such inorganic piezoelectric material materials, many researches on organic piezoelectric material materials have been conducted. Among the studies on various organic piezoelectric substance materials, piezoelectric elements using liquid crystal materials have recently attracted attention.
상기 액정 재료를 이용한 압전소자에 대한 선행 연구들을 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 형태 이방성을 가지는 액정 분자들을 구부리면 액정 분자들의 형태 이방성 때문에 분자의 좁은 쪽이 작은 곡률을 갖는 기판 쪽을 향하게 되고, 이 때 공간 상의 전하 분포에 대칭성이 깨어져 한쪽으로 분극 전하(polarization charge)가 유도된다. 만약 기판을 반대 방향으로 구부리게 되면, 분극 전하의 방향이 역전되며, 이와 같이 분자의 분포 변화에 따라 발생하는 압전효과를 특히 변전 효과(Flexoelectric effect)라고 부르며, 이를 이용하여 외부의 구부림에 따라 전하를 발생시킬 수 있다. Previous studies on piezoelectric elements using the liquid crystal material are shown in FIGS. 1A and 1B. When the liquid crystal molecules having the shape anisotropy are bent, the narrower molecules are oriented toward the substrate having a small curvature due to the shape anisotropy of the liquid crystal molecules, At this time, symmetry is broken in the distribution of charge in space, and a polarization charge is induced to one side. If the substrate is bent in the opposite direction, the direction of the polarization charge is reversed. The piezoelectric effect generated by the change in the distribution of the molecules is called a flexoelectric effect, Can be generated.
기존의 상용화되어 널리 사용되는 막대형 액정(Rod-like liquid crystal)은 형태 이방성이 약하여 압전효과가 약한 문제점이 있다. A rod-like liquid crystal, which is widely used and widely used, has a problem of weak piezoelectric anisotropy and poor piezoelectric effect.
한편 강한 변전 효과를 얻기 위해서는 강한 형태 이방성을 가지면서 동시에 강한 쌍극자 모먼트를 갖는 재료가 필요한데, 이러한 특성을 갖는 재료가 최근 활발히 연구되고 있는 바나나 형태를 갖는 액정(Banana-shaped liquid crystal)이다. On the other hand, in order to obtain a strong transforming effect, a material having a strong anisotropy and a strong dipole moment is required. Banana-shaped liquid crystals having such characteristics are currently being studied actively.
그러나 상기 Banana-shaped 액정 재료는 일반적으로 액정 상을 나타내는 온도가 100도 이상이며, 높은 점성을 가진다는 문제점이 있다.However, the Banana-shaped liquid crystal material generally has a temperature of more than 100 degrees, which indicates a liquid crystal phase, and has a high viscosity.
위 문제점을 해결하기 위해 소량의 Banana-shaped 액정 재료를 액정 상의 온도 범위가 넓고 점성이 낮은 막대형 액정 재료에 혼합하는 방법이 대안으로 연구되고 있다. 그런데 Banana-shaped 액정 재료는 그 형태가 막대형 액정과 많이 다르고 분자량이 커서 막대형 액정 재료와 잘 혼합되지 않고 분리되는 문제점이 있다.In order to solve the above problem, a method of mixing a small amount of Banana-shaped liquid crystal material into a liquid crystal material having a wide temperature range and a low viscosity is proposed as an alternative. However, the Banana-shaped liquid crystal material has a problem in that its shape is very different from that of the rod-like liquid crystal, and the molecular weight is so large that it is not well mixed with the rod-shaped liquid crystal material and is separated.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 종래의 액정층 물질과 잘 혼합될 수 있으며, 탄성 변형이 커 압전효과를 높일 수 있는 물질로 이루어진 압전층을 포함하는 압전소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric device including a piezoelectric layer made of a material which can be well mixed with a conventional liquid crystal layer material, It has its purpose.
또한, 본 발명은 기판에 가해진 압력 등의 외부 자극에 의한 탄성 변형을 통하여 전류를 발생시키고, 외부의 자극 변화(기판을 구부렸다 폈다 하는 주기적인 동작 등)에 따라 AC 전류를 발생시키는 압전소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides a piezoelectric element that generates an electric current through elastic deformation by an external stimulus such as a pressure applied to a substrate, and generates an AC current according to an external stimulus change (periodic operation of bending and spreading the substrate) The purpose is to do.
나아가 본 발명은 기판에 인가되는 전류(전원)에 의하여 압전층의 탄성 변형을 통하여 기판이 휘어지는 현상을 유도함으로써, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 수 있는 압전소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a piezoelectric element capable of converting electric energy into mechanical energy by inducing a phenomenon in which a substrate is bent through elastic deformation of a piezoelectric layer by a current (power source) applied to a substrate .
본 발명의 실시예들에 따른 압전소자는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 및 상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 형성된 압전층을 포함하며, 상기 압전층은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진다. A piezoelectric element according to embodiments of the present invention includes a first substrate and a second substrate facing each other, a first electrode disposed on the first substrate, a second electrode disposed on the second substrate, And a piezoelectric layer formed between the electrode and the second electrode, wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following formula (1) or (2).
[화학식 1] [화학식 2][Chemical Formula 1] < EMI ID =
여기에서, 상기 A1 및 A2는 각각 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리이고, 상기 방향족 고리는 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 C2-12의 알킬기 또는 -SO2Cl로 치환되며, 상기 L은 C2-12의 알킬기, -C≡N 또는 -COCH2COCF3이며, 상기 X1은 C1-4의 알킬기 또는 -R1CO2의 에스테르기이며, 상기 R1은 C1-6의 알킬기이다. Wherein A1 and A2 are aromatic rings, each of which contains or does not contain at least one heteroatom selected from the group consisting of S, Cl, F and N, said aromatic ring being selected from the group consisting of S, Cl, F and N It is substituted with an alkyl group or -SO 2 Cl from the C2-12 or without a hetero atom, at least one selected, the L is an alkyl group of C2-12, -C≡N or -COCH 2 COCF 3, wherein X1 is an alkyl group or an ester group of the C1-4 -R1CO 2, wherein R1 is an alkyl group of C1-6.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 압전소자는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 배치된 제1 전극 및 제2 전극, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성된 압전층을 포함하며, 상기 압전층은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진다. According to another embodiment of the present invention, a piezoelectric element includes a first substrate and a second substrate which are opposed to each other, a first electrode and a second electrode arranged on any one of the first substrate and the second substrate, And a piezoelectric layer formed between the first substrate and the second substrate, wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following formula (1) or (2).
[화학식 1] [화학식 2][Chemical Formula 1] < EMI ID =
여기에서, 상기 A1 및 A2는 각각 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리이고, 상기 방향족 고리는 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 C2-12의 알킬기 또는 -SO2Cl로 치환되며, 상기 L은 C2-12의 알킬기, -C≡N 또는 -COCH2COCF3이며, 상기 X1은 C1-4의 알킬기 또는 -R1CO2의 에스테르기이며, 상기 R1은 C1-6의 알킬기이다. Wherein A1 and A2 are aromatic rings, each of which contains or does not contain at least one heteroatom selected from the group consisting of S, Cl, F and N, said aromatic ring being selected from the group consisting of S, Cl, F and N It is substituted with an alkyl group or -SO 2 Cl from the C2-12 or without a hetero atom, at least one selected, the L is an alkyl group of C2-12, -C≡N or -COCH 2 COCF 3, wherein X1 is an alkyl group or an ester group of the C1-4 -R1CO 2, wherein R1 is an alkyl group of C1-6.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 압전층 내에서 외부의 압력에 의하여 분자가 탄성 변형하는 물질이다. In the embodiments of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 is a substance in which molecules are elastically deformed by external pressure in a piezoelectric layer.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 화학식 2는 
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 전류를 발생시킬 수 있다. In the embodiments of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 is elastically deformed in the piezoelectric layer with respect to an external physical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate, And the current can be generated by the elastic deformation.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 주기적인 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 주기적으로 탄성 변형되고, 상기 주기적인 탄성 변형에 의해 AC 전류를 발생시킬 수 있다. In other embodiments of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 may be cyclically implanted in the piezoelectric layer with respect to an external periodic physical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate. And an AC current can be generated by the periodic elastic deformation.
본 발명의 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 전기적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판이 휘어질 수 있다. In another embodiment of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 is subjected to elastic deformation in the piezoelectric layer with respect to an external electrical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate. And at least one of the first substrate and the second substrate may be bent by the elastic deformation.
본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 압전소자는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 및 상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 형성된 압전층을 포함하며, 상기 압전층은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진다. According to another embodiment of the present invention, a piezoelectric element includes a first substrate and a second substrate facing each other, a first electrode disposed on the first substrate, a second electrode disposed on the second substrate, And a piezoelectric layer formed between the first electrode and the second electrode, wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4 below.
[화학식 3] [화학식 4][Chemical Formula 3]
여기에서, 상기 Y1은 -COR3 또는 -C2H4CO2R3이며, 상기 R3는 N, O, S, Cl 및 F로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 C2-12의 알킬기이다.Here, the Y1 is a -COR3 or -C 2 H 4 CO 2 R3, wherein R3 is a C2-12 alkyl group including a hetero atom at least one selected from the group consisting of N, O, S, Cl and F .
본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 압전소자는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 배치된 제1 전극 및 제2 전극, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성된 압전층을 포함하며, 상기 압전층은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진다. A piezoelectric element according to another embodiment of the present invention includes a first substrate and a second substrate facing each other, a first electrode and a second electrode arranged on any one of the first substrate and the second substrate, And a piezoelectric layer formed between the first substrate and the second substrate, wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4.
[화학식 3] [화학식 4][Chemical Formula 3]
여기에서, 상기 Y1은 -COR3 또는 -C2H4CO2R3이며, 상기 R3는 N, O, S, Cl 및 F로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 C2-12의 알킬기이다.Here, the Y1 is a -COR3 or -C 2 H 4 CO 2 R3, wherein R3 is a C2-12 alkyl group including a hetero atom at least one selected from the group consisting of N, O, S, Cl and F .
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 
In the embodiments of the present invention, the compound represented by Formula 3
이상에서 설명한 바와 같은 압전소자에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the piezoelectric element as described above, the following effects can be obtained.
첫째, 압전소자에 구비된 압전층의 물질은 작은 분자량으로 이루어짐으로써, 종래의 액정 물질과 잘 혼합될 수 있다. First, since the material of the piezoelectric layer of the piezoelectric element is made of a small molecular weight, it can be well mixed with a conventional liquid crystal material.
둘째, 압전소자에 구비된 압전층의 물질은 형태 이방성을 가짐으로써, 압전효과를 높일 수 있다. Second, the material of the piezoelectric layer provided in the piezoelectric element has shape anisotropy, so that the piezoelectric effect can be enhanced.
셋째, 압전소자에 구비된 압전층의 물질은 외부의 자극에 대하여 탄성 변형을 통하여 분극전하량이 극대화 될 수 있는 구조로 이루어짐으로써, 압전효과를 극대화 시킬 수 있다. Third, the material of the piezoelectric layer provided in the piezoelectric element has a structure in which the amount of polarization charge can be maximized through elastic deformation against external stimuli, thereby maximizing the piezoelectric effect.
넷째, 압전소자에 구비된 압전층의 물질은 외부의 자극에 대하여 탄성 변형을 의하여 전류를 발생시킬 수 있다. Fourth, the material of the piezoelectric layer provided in the piezoelectric element can generate an electric current by elastic deformation against an external magnetic pole.
다섯째, 압전소자의 외부 자극을 주기적으로 조절하거나 외부에서 가하는 자극의 방향을 조절하는 방식으로 압전소자에 구비된 압전층의 물질의 탄성 변형을 유도하여 전류의 발생을 제어할 수 있다.
Fifth, generation of electric current can be controlled by periodically adjusting the external stimulus of the piezoelectric element or adjusting the direction of the external stimulus to induce elastic deformation of the material of the piezoelectric layer provided in the piezoelectric element.
[도 1a] 및 [도 1b]는 형태 이방성을 가지는 액정 분자들의 분극 전하(polarization charge)를 설명하기 위한 도면들
[도 2]는 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자에 관한 도면FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining polarization charges of liquid crystal molecules having shape anisotropy
[Fig. 2] is a drawing relating to a piezoelectric element according to embodiments of the present invention
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.A piezoelectric element according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to understand the schematic configuration.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Also, the terms first and second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
실시예 1Example 1
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자에 관한 도면이다. 2 is a view of a piezoelectric element according to embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 압전소자는 제1 기판(102) 및 제1 기판(102)에 대향한 제2 기판(103)을 구비하고, 제1 기판(102) 상에 제1 전극(105)이 위치하고, 제2 기판(103) 상에 제2 전극(106)이 위치한다. 그리고 제1 전극(105)과 제2 전극(106) 사이에 위치하는 압전층(104)을 포함한다. 2, the piezoelectric device according to the first embodiment of the present invention includes a
경우에 따라서, 상기 제1 전극(105)과 제1 기판(102) 사이 및 제2 전극(106)과 제2 기판(103)사이에 절연층(미도시)을 더 구비할 수 있다. In some cases, an insulating layer (not shown) may be further provided between the
한편, 본 발명의 실시예 1에 따른 압전소자는 제1 전극(105)과 제2 전극(106)은 서로 대향하는 제1 기판(102) 및 제2 기판(103)에 각각 배치되는 것으로 한정하고 있으나, 제1 전극(105)과 제2 전극(106)이 제1 기판(102) 및 제2 기판(103)들 중 어느 하나의 기판 상에 모두 배치시킬 수도 있다. In the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention, the
여기서, 제1 전극(105)과 제2 전극(106)은 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 상에 일정한 두께로 균일하게 형성될 수 있다. 이와 달리, 제1 전극(105)과 제2 전극(106)들 중 적어도 하나는 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 상에 패턴 처리되어 형성될 수 있다.Here, the
이와 같이, 제1 전극(105)과 제2 전극(106)은 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 상에 형성되거나 제1 전극(105)과 제2 전극(106)을 중 적어도 하나의 기판에 제1 전극(105)과 제2 전극(106)이 형성될 수도 있으며, 나아가 제1 전극(105)과 제2 전극(106)은 균일한 두께로 각각 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 상에 형성되거나 패턴 구조로 형성될 수도 있을 것이다. The
결국, 제1 전극(105)과 제2 전극(106)은 외부에서 가해지는 기계적 자극 및/또는 전기적 자극에 대하여 압전층(104)에 포함된 물질이 탄성 변형하도록 유도하기 위한 구조이면 어느 구조이든 상관없다고 할 것이다. As a result, the
압전층(104)은 일반적으로 사용되는 액정물질을 포함하되, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진다. 여기서, 일반적으로 사용되는 액정물질은 막대형 분자구조의 물질을 포함할 수 있다. The
상기 화학식 1 및 상기 화학식 2는 (1) and (2)
[화학식 1] [화학식 2][Chemical Formula 1] < EMI ID =
여기에서, 상기 A1 및 A2는 각각 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리이고, 상기 방향족 고리는 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 C2-12의 알킬기 또는 -SO2Cl로 치환되며, 상기 L은 C2-12의 알킬기, -C≡N 또는 -COCH2COCF3이며, 상기 X1은 C1-4의 알킬기 또는 -R1CO2의 에스테르기이며, 상기 R1은 C1-6의 알킬기이다. Wherein A1 and A2 are aromatic rings, each of which contains or does not contain at least one heteroatom selected from the group consisting of S, Cl, F and N, said aromatic ring being selected from the group consisting of S, Cl, F and N It is substituted with an alkyl group or -SO 2 Cl from the C2-12 or without a hetero atom, at least one selected, the L is an alkyl group of C2-12, -C≡N or -COCH 2 COCF 3, wherein X1 is an alkyl group or an ester group of the C1-4 -R1CO 2, wherein R1 is an alkyl group of C1-6.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물로는 하기 (1a), (1b) 등을 예로 들 수 있다.Examples of the compound represented by the formula (2) include the following (1a) and (1b).
(1a)(1a)
(1b)(1b)
상기와 같은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 굽은 형태를 가지고 있다. 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 미소량이라도 영구 쌍극자를 보유하고 있어, 외부자극이 가해지면 표면의 미세 곡률변화에 대응하여 스프레이(splay) 또는 벤드(bend) 구조로 쉽게 그 정렬 상태가 탄성 변형한다. 또한, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 분자에서 전기 쌍극자가 발생되어 분극현상이 유도되어 전하가 축적된다. 이러한 효과를 변전효과(flexoelectric effect) 또는 압전효과라고 한다. The compound represented by the above formula (1) or (2) has a curved shape. When the external stimulus is applied, the compound represented by the formula (1) or (2) has a permanent dipole even if the amount of the compound is small. Therefore, when the external stimulus is applied, the compound is easily aligned with the splay or bend structure Elastically deformed. In the compound represented by the formula (1) or (2), electric dipoles are generated in the molecule to induce polarization phenomenon and charge is accumulated. This effect is called a flexoelectric effect or a piezoelectric effect.
따라서 종래의 막대형태의 액정분자만으로 압전층을 형성하였을 때는 물질의 정렬 상태가 쉽게 변하지 않고 탄성 변형이 잘 이루어 지지 않기 때문에 전하축적이 가능한 압전효과를 기대하기 어렵지만, 본 발명에 따른 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 압전층(104)에 포함시키면 물리적인 압력에 의해서 액정분자가 탄성 변형을 일으키므로 내부적으로 전류의 발생의 유도가 가능하여, 압전효과를 상승시켜 압전소자의 기능을 향상 시킬 수 있는 것이다.Therefore, when the piezoelectric layer is formed only by the conventional rod-shaped liquid crystal molecules, the alignment state of the material is not easily changed and the elastic deformation is not performed well. Therefore, it is difficult to expect a piezoelectric effect capable of charge accumulation. 2 is included in the
특히, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 압전층(104)은 외부의 자극에 대하여 특정한 방향으로 전류(전하)의 분포 내지 흐름을 일으킬 수 있다. 이 때, 상기 특정한 방향이란 제1 기판(102) 및 제2 기판(103)이 형성되는 수직한 방향과 수평한 방향을 포함할 수 있다. In particular, the
또한 압전층(104)의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 주기적인 물리적 자극에 대하여 압전층(104) 내에서 주기적으로 탄성 변형될 수 있다. 이 때, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물이 주기적으로 탄성 변형됨으로써, AC 전류를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(102) 및 제2 기판(103)을 구부렸다 폈다 하는 기계적이고 주기적인 인 자극에 대하여 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물이 주기적으로 탄성 변형되어 AC 전류를 발생시키는 것이다. The compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 of the
나아가 압전층(104)의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 전기적 자극에 대하여 압전층(104) 내에서 탄성 변형된다. 그리고 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물의 탄성 변형에 의해 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판이 휘어질 수 있다. 예를 들어, 외부에서 전류를 가하는 방식으로의 전기적인 자극에 대해서 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물이 탄성 변형되는 기계적인 자극을 전기적 에너지로 변환됨으로써, 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판이 휘어질 수 있는 것이다. Further, the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 of the
또한, 압전층에는 막대형 분자구조 물질 또는 굽은 형태의 분자구조 물질을 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 작은 분자량을 가지므로 기존의 막대형 액정과 잘 혼합될 수 있다. In addition, the piezoelectric layer may include a rod-like molecular structure material or a curved molecular structure material. Since the compound represented by Formula 1 or Formula 2 according to the present invention has a small molecular weight, it can be mixed well with a conventional rod- .
본 발명의 실시예들에 따른 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 A1에서 뻗어 나온 두 개의 A2가 A1의 방향족 고리의 이웃한 원자에서 각각 뻗어 나옴으로써, 두 작용기 사이의 각도가 20에서 90도 사이의 값을 갖는다.The compound represented by the formula (1) or (2) according to the embodiments of the present invention is such that the two A2s extending from A1 extend from neighboring atoms of the aromatic ring of A1, so that the angle between the two functional groups is 20 to 90 Lt; / RTI >
본 발명의 다른 실시예들에 따른 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 A1에서 뻗어 나온 두 개의 A2가 A1의 방향족 고리의 이웃하지 않은 원자에서 각각 뻗어 나옴으로써, 두 작용기 사이의 각도가 90에서 160도 사이의 값을 갖는다.The compound represented by Formula 1 or Formula 2 according to the other embodiments of the present invention is such that the two A2s extending from A1 extend out from the non-neighboring atoms of the aromatic ring of A1 so that the angle between the two functional groups is 90 To 160 degrees.
본 발명의 실시예들에 있어서, 압전층(104)은 주쇄형, 측쇄형, 교차결합형 및 덴드리머형 중 어느 하나의 액정 고분자를 더 포함할 수 있다. 그리고 압전층(104)은 네마틱(nematic) 또는 스메틱(smetic) 중 어느 하나의 상 구조를 갖는 액정 물질을 포함할 수 있다. 또한 압전층(104)은 광학적 이방성의 복굴절의 특성을 가질 수도 있다. In the embodiments of the present invention, the
그러므로 본 발명의 압전소자는 외부의 물리적인 힘에 의해 탄성 변형하는 물질을 압전층에 포함하도록 하였으므로, 내부적으로 전류 유도가 가능하고 압전효과를 낼 수 있는 개선된 압전소자를 얻을 수 있다.
Therefore, the piezoelectric element of the present invention includes a piezoelectric layer that is elastically deformed by external physical force, so that it is possible to obtain an improved piezoelectric element capable of internally inducing a current and exhibiting a piezoelectric effect.
실시예 2Example 2
실시예 2는 실시예 1에 서술된 압천층의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 대신에 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물을 각각 포함하는 것으로써, 그 이외의 것들은 실시예 1과 내용이 동일하므로 중복되는 것의 설명은 생략한다.Example 2 includes the compound represented by Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4 in place of the compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 of the pressure layer described in Example 1, The description of duplicate ones will be omitted.
압전층(104)은 일반적으로 사용되는 액정물질을 포함하되, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함한다. The
상기 화학식 3 또는 화학식 4는 (3) or (4)
여기에서, 상기 Y1은 -COR3 또는 -C2H4CO2R3이며, 상기 R3는 N, O, S, Cl 및 F로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 C2-12의 알킬기이다. Here, the Y1 is a -COR3 or -C 2 H 4 CO 2 R3, wherein R3 is a C2-12 alkyl group including a hetero atom at least one selected from the group consisting of N, O, S, Cl and F .
상기 화학식 3으로 표시되는 물질로는 하기 (2-a) 등을 예로 들 수 있다.
Examples of the substance represented by the formula (3) include the following (2-a) and the like.
(2a)(2a)
상기 화학식 4로 표시되는 물질로는 하기 (2-b) 등을 예로 들 수 있다.Examples of the substance represented by the formula (4) include the following (2-b).
(2b)(2b)
상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 R3에 전기음성도가 높은 N, O, S, Cl 및 F와 같은 원자를 하나 이상 포함함으로써, R3에서 뻗어 나온 세 곁가지들이 한 방향으로 정렬하게 된다. 따라서 큰 형태 이방성과 분극전하를 갖는 것이 가능하다. The compound represented by Formula 3 or Formula 4 includes one or more atoms such as N, O, S, Cl and F having high electronegativity in R 3, such that the three branches extending from R 3 are aligned in one direction. Therefore, it is possible to have large form anisotropy and polarization charge.
따라서 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 실시예 1에서 설명한 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물과 마찬가지로 굽어진 형태 또는 삼발이(tripad-shaped) 형태를 가지므로, 이방성 및 분극전하를 갖는다. 이에 외부 자극 또는 압력에 의한 탄성 변형이 가능하므로, 전하를 축적시키고 전류 유도가 가능하여 압전층의 물질로서 압전효과를 높일 수 장점이 있다.Accordingly, the compound represented by Formula 3 or Formula 4 has an anisotropic and a polarization charge because it has a bent-shaped or trip-shaped shape like the compound represented by Formula 1 or Formula 2 described in Example 1. [ Since external stimulation or elastic deformation by pressure can be performed, it is possible to accumulate electric charges and to induce a current, thereby improving the piezoelectric effect as a material of the piezoelectric layer.
또한 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물도 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물과 마찬가지로, 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 주기적인 물리적 자극에 대하여 압전층(104) 내에서 주기적으로 탄성 변형될 수 있다. 이 때, 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물이 주기적으로 탄성 변형됨으로써, AC 전류를 발생시킬 수 있다.The compound represented by Formula 3 or Formula 4 may be an external cyclic physical substance for at least one of the
나아가 압전층(104)의 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 전기적 자극에 대하여 압전층(104) 내에서 탄성 변형된다. 그리고 상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물의 탄성 변형에 의해 제1 기판(102) 및 제2 기판(103) 중 적어도 하나의 기판이 휘어질 수 있다. Furthermore, the compound represented by Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4 of the
또한, 압전층(104) 에는 일반적으로 막대형 분자구조 물질, 굽은 형태 분자구조 물질 등을 더 포함할 수 있는데, 상기 화학식 2의 물질은 분자량이 작아 종래의 막대형태의 액정분자들과 잘 혼합되어 분극전하를 잘 유도할 수 있다.
In addition, the
이하, 비교예 1 및 실험예 1 내지 실험예 6을 참조하여, 본 발명을 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Comparative Example 1 and Experimental Examples 1 to 6.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
제1 기판 및 제2 기판은 투명전극(ITO) 층이 증착된 Polycarbonate 플라스틱 재질로 된 유연 기판을 사용하였으며, 상기 제1 기판에는 Nissan 사의 수직 배향막 SE5300을 표면에 코팅하였고, 상기 제2 기판에는 Nissan 사의 수평 배향막 SE7492를 코팅하였다. 상기 제1 기판 과 제2 기판을 사이에 세라믹 스페이서 (spacer) 재료를 이용하여 간격이 10.5 ㅅm가 되도록 한 후, 액정 재료 펜틸시아노바이페닐(phentylcyanobiphenyl)을 주입하였다. 상기 제1 기판 및 제2 기판 상에 각각 수직 및 수평배향막을 처리함으로써 액정분자들의 스프레이(splay)와 벤드(bend) 탄성 변형을 유도하였다. 이렇게 제작된 시편을 이용하여 기존에 널리 알려져 활용되고 있는 문헌상의 방법([I. Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, and G. Durand, J. Phys. (Paris) Lett. 1982, 43, L-365.])에 따라 변전 상수(Flexoelectric constant)를 측정한 결과 10.50 pC/m 값을 나타내었음.The first substrate and the second substrate were made of a flexible substrate made of a polycarbonate plastic material on which a transparent electrode (ITO) layer was deposited. The first substrate was coated with a vertical alignment film SE5300 of Nissan Co., SE7492 < / RTI > A gap of 10.5 mm between the first substrate and the second substrate was formed using a ceramic spacer material, and a liquid crystal material phentylcyanobiphenyl was injected thereinto. The vertical and horizontal alignment films were processed on the first substrate and the second substrate, respectively, to induce the splay and bend elastic deformation of the liquid crystal molecules. (Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, and G. Durand, J. Phys. (Paris) Lett., 1982, 43, L-365 .]), The flexoelectric constant was measured to be 10.50 pC / m.
(실험예 1)(Experimental Example 1)
실험예 1은 상기 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예 1에 서술된 물질 1a 를 5 wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.Experimental Example 1 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 5 wt% of the material 1a described in Example 1 in the comparative example 1.
(실험예 2)(Experimental Example 2)
실험예 2는 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예 1에 서술된 물질 1a 를 10 wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.Experimental Example 2 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 10 wt% of the material 1a described in Example 1 in Comparative Example 1.
(실험예 3) (Experimental Example 3)
실험예 3은 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예 1에 서술된 물질 1b 를 5 wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.Experimental Example 3 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 5 wt% of the substance 1b described in Example 1, as described in Comparative Example 1.
(실험예 4)(Experimental Example 4)
실험예 4는 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예2에 서술된 물질 2a 를 5wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.Experimental Example 4 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 5 wt% of the substance 2a described in Example 2, as described in Comparative Example 1.
(실험예 5)(Experimental Example 5)
실험예 5는 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예2에 서술된 물질 2b 를 5 wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.Experimental Example 5 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 5 wt% of the substance 2b described in Example 2, as described in Comparative Example 1.
(실험예 6)(Experimental Example 6)
실험예 6은 비교예 1에 서술된 것에서, 압전층에 실시예2에 서술된 물질 2b 를 10wt% 도핑한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하였다.
Experimental Example 6 was the same as Comparative Example 1 except that the piezoelectric layer was doped with 10 wt% of the substance 2b described in Example 2, as described in Comparative Example 1.
이하, 표 1은 상기 비교예 1 및 실험예 1-6의 변전 상수를 비교한 데이터이다. Table 1 below is data comparing the transforming constants of Comparative Example 1 and Experimental Example 1-6.
상기 표 1을 살펴보면, 비교예 1에 의한 변전 상수(Flexoelectric constant)는 10.50 pC/m 인 반면에, 실험예 1의 변전 상수(Flexoelectric constant)는 39.30pC/m이고, 실험예 2의 변전 상수(Flexoelectric constant)는 43.70pC/m, 실험예 3의 변전 상수는 35.50pC/m, 실험예 4의 변전 상수(Flexoelectric constant)는 53.90pC/m, 실험예 5의 변전 상수(Flexoelectric constant)는 56.70pC/m, 실험예 6의 변전 상수(Flexoelectric constant)는 31.10pC/m로써, 실험예 1 내지 실험예 6의 값이 비교예 1에 비하여 평균 3배 이상 높은 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the flexoelectric constant of Comparative Example 1 was 10.50 pC / m, while the flexoelectric constant of Experimental Example 1 was 39.30 pC / m, and the transforming constant of Experimental Example 2 The flexoelectric constant of the test example 4 is 53.90 pC / m, the flexoelectric constant of the test example 5 is 56.70 pC / m, / m, and the flexoelectric constant of Experimental Example 6 is 31.10 pC / m, which means that the values of Experimental Examples 1 to 6 are higher than those of Comparative Example 1 by an average of three times or more.
이와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 압전소자는 압전층의 물질을 개선함으로써, 액정 분자의 스프레이(splay) 벤드(bend) 탄성을 고려하여, 내부의 분자의 탄성 변형을 유도할 수 있고, 이를 통한 분극 현상을 이용하여 압전효과를 높일 수 있는 것이다.As described above, the piezoelectric element according to the first and second embodiments of the present invention improves the material of the piezoelectric layer, thereby inducing the elastic deformation of the internal molecules in consideration of the splay bend elasticity of the liquid crystal molecules And it is possible to increase the piezoelectric effect by using the polarization phenomenon through it.
이러한 방법은 단순히 외부 압력에 의해 전기 분극이 발생하는 기존의 피에조일렉트릭(piezoelectric)효과를 이용하는 방식과는 차이가 있다. This method differs from the conventional method using a piezoelectric effect in which electric polarization is generated by external pressure.
또한, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 압전층을 구비하는 소자는 종래의 일반적인 막대형 액정 분자만을 포함하는 압전층을 구비하는 소자보다 훨씬 우수한 성능을 구비할 수 있음이 증명되었다. It has also been demonstrated that the device having the piezoelectric layer according to the first and second embodiments of the present invention can have far superior performance to the device having the piezoelectric layer including only conventional conventional rod-like liquid crystal molecules.
그리고 상기와 같은 분극화가 가능한 물질은 고분자화 및 합성 공정을 통해 고분자 필름으로 제조될 수 있으며, 이를 통해 재료 단가를 낮출 수 있는 효과도 기대할 수 있다.
Such a polarizable material can be produced as a polymer film through a polymerizing and synthesizing process, thereby reducing the cost of the material.
위에서 설명한, 상기 실시예 1 및 실시예 2는 구체적인 설명을 위하여 기본적인 압전소자의 구조를 예를 들어 서술한 것일 뿐, 그에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
In the above-described first and second embodiments, the basic structure of the piezoelectric element is described by way of example, but is not limited thereto. Those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
102 : 제1 기판 103 : 제2 기판
104 : 압전층 105 : 제1 전극
106 : 제2 전극 102: first substrate 103: second substrate
104: piezoelectric layer 105: first electrode
106: second electrode
Claims (15)
상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 및 상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 형성된 압전층을 포함하며,
상기 압전층은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자.
[화학식 1] [화학식 2]
여기에서, 상기 A1 및 A2는 각각 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리이고, 상기 방향족 고리는 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 C2-12의 알킬기 또는 -SO2Cl로 치환되며, 상기 L은 C2-12의 알킬기, -C≡N 또는 -COCH2COCF3이며, 상기 X1은 C1-4의 알킬기 또는 -R1CO2의 에스테르기이며, 상기 R1은 C1-6의 알킬기임.A first substrate and a second substrate facing each other;
A first electrode disposed on the first substrate and a second electrode disposed on the second substrate; And
And a piezoelectric layer formed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following general formula (1) or (2).
[Chemical Formula 1] < EMI ID =
Wherein A1 and A2 are aromatic rings, each of which contains or does not contain at least one heteroatom selected from the group consisting of S, Cl, F and N, said aromatic ring being selected from the group consisting of S, Cl, F and N It is substituted with an alkyl group or -SO 2 Cl from the C2-12 or without a hetero atom, at least one selected, the L is an alkyl group of C2-12, -C≡N or -COCH 2 COCF 3, wherein X1 is an alkyl group or an ester group of the C1-4 -R1CO 2, wherein R1 is an alkyl group of C1-6.
상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 배치된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성된 압전층을 포함하며,
상기 압전층은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 로 표시되는 압전소자.
[화학식 1] [화학식 2]
여기에서, 상기 A1 및 A2는 각각 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 방향족 고리이고, 상기 방향족 고리는 S, Cl, F 및 N으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 C2-12의 알킬기 또는 -SO2Cl로 치환되며, 상기 L은 C2-12의 알킬기, -C≡N 또는 -COCH2COCF3이며, 상기 X1은 C1-4의 알킬기 또는 -R1CO2의 에스테르기이며, 상기 R1은 C1-6의 알킬기임.A first substrate and a second substrate facing each other;
A first electrode and a second electrode arranged on one of the first substrate and the second substrate; And
And a piezoelectric layer formed between the first substrate and the second substrate,
Wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following formula (1) or (2).
[Chemical Formula 1] < EMI ID =
Wherein A1 and A2 are aromatic rings, each of which contains or does not contain at least one heteroatom selected from the group consisting of S, Cl, F and N, said aromatic ring being selected from the group consisting of S, Cl, F and N It is substituted with an alkyl group or -SO 2 Cl from the C2-12 or without a hetero atom, at least one selected, the L is an alkyl group of C2-12, -C≡N or -COCH 2 COCF 3, wherein X1 is an alkyl group or an ester group of the C1-4 -R1CO 2, wherein R1 is an alkyl group of C1-6.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 압전층 내에서 외부의 압력에 의하여 분자가 탄성 변형하는 물질인 것을 특징으로 하는 압전소자. 3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the compound represented by Formula 1 or Formula 2 is a substance in which molecules are elastically deformed by an external pressure in a piezoelectric layer.
상기 화학식 2는
(2)
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자. 3. The method according to claim 1 or 2,
The compound represented by Formula 1 or Formula 2 is elastically deformed in the piezoelectric layer with respect to an external physical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate and generates a current by the elastic deformation .
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 주기적인 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 주기적으로 탄성 변형되고, 상기 주기적인 탄성 변형에 의해 AC 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자. 3. The method according to claim 1 or 2,
The compound represented by Formula 1 or Formula 2 is periodically resiliently deformed in the piezoelectric layer with respect to an external periodic physical stimulus to at least one of the first and second substrates, To generate an AC current.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 전기적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판이 휘어지는 것을 특징으로 하는 압전소자. 3. The method according to claim 1 or 2,
The compound represented by Formula 1 or Formula 2 is elastically deformed in the piezoelectric layer with respect to an external electrical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate, And at least one of the first substrate and the second substrate is bent.
상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 및 상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 형성된 압전층을 포함하며,
상기 압전층은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자.
[화학식 3] [화학식 4]
여기에서, 상기 Y1은 -COR3 또는 -C2H4CO2R3이며, 상기 R3는 N, O, S, Cl 및 F로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 C2-12의 알킬기임.A first substrate and a second substrate facing each other;
A first electrode disposed on the first substrate and a second electrode disposed on the second substrate; And
And a piezoelectric layer formed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following formula (3) or (4).
[Chemical Formula 3]
Here, the Y1 is -COR3 or -C 2 H 4 and CO 2 R3, wherein R3 is a C2-12 alkyl group including a hetero atom at least one selected from the group consisting of N, O, S, Cl and F being .
상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 배치된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성된 압전층을 포함하며,
상기 압전층은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자.
[화학식 3] [화학식 4]
여기에서, 상기 Y1은 -COR3 또는 -C2H4CO2R3이며, 상기 R3는 N, O, S, Cl 및 F로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로 원자를 포함하는 C2-12의 알킬기임.A first substrate and a second substrate facing each other;
A first electrode and a second electrode arranged on one of the first substrate and the second substrate; And
And a piezoelectric layer formed between the first substrate and the second substrate,
Wherein the piezoelectric layer is made of a compound represented by the following formula (3) or (4).
[Chemical Formula 3]
Here, the Y1 is -COR3 or -C 2 H 4 and CO 2 R3, wherein R3 is a C2-12 alkyl group including a hetero atom at least one selected from the group consisting of N, O, S, Cl and F being .
상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 압전층 내에서 외부의 압력에 의하여 분자가 탄성 변형하는 물질인 것을 특징으로 하는 압전소자. 10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the compound represented by Formula 3 or Formula 4 is a substance in which molecules are elastically deformed by external pressure in the piezoelectric layer.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은
The compound represented by the general formula (3)
상기 화학식 4로 표시되는 화합물은
The compound represented by the general formula (4)
상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자. 10. The method according to claim 8 or 9,
The compound represented by Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4 is elastically deformed in the piezoelectric layer with respect to an external physical stimulus to at least one of the first and second substrates and generates a current by the elastic deformation .
상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 주기적인 물리적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 주기적으로 탄성 변형되고, 상기 주기적인 탄성 변형에 의해 AC 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자. 10. The method according to claim 8 or 9,
The compound represented by Formula 3 or Formula 4 is periodically resiliently deformed in the piezoelectric layer with respect to an external periodic physical stimulus to at least one of the first substrate and the second substrate, To generate an AC current.
상기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판에 대한 외부의 전기적 자극에 대하여 상기 압전층 내에서 탄성 변형되고, 상기 탄성 변형에 의해 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판이 휘어지는 것을 특징으로 하는 압전소자. 10. The method according to claim 8 or 9,
The compound represented by Formula 3 or 4 is elastically deformed in the piezoelectric layer with respect to an external electrical stimulus to at least one of the first and second substrates, And at least one of the first substrate and the second substrate is bent.
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|---|---|---|---|
| KR1020120040386A KR20130117291A (en) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | Piezoelectric device |
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140063004A Division KR20140089327A (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | Piezoelectric Device |
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|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR900004051A (en) * | 1988-08-31 | 1990-03-27 | 요꼬야마 유우이찌 | Piezoelectric element and converter using piezoelectric element |
| JPH0657255A (en) * | 1992-03-27 | 1994-03-01 | Philips Gloeilampenfab:Nv | Piezoelectric substance containing polymer network structure, its preparation and piezoelectric element |
| JP2003324222A (en) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | Piezoelectric conversion composite material and its manufacturing method |
| JP2010141233A (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Thiourea group-containing compound, and organic piezoelectric material containing compound having urea group or thiourea group |
-
2012
- 2012-04-18 KR KR1020120040386A patent/KR20130117291A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR900004051A (en) * | 1988-08-31 | 1990-03-27 | 요꼬야마 유우이찌 | Piezoelectric element and converter using piezoelectric element |
| JPH0657255A (en) * | 1992-03-27 | 1994-03-01 | Philips Gloeilampenfab:Nv | Piezoelectric substance containing polymer network structure, its preparation and piezoelectric element |
| JP2003324222A (en) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | Piezoelectric conversion composite material and its manufacturing method |
| JP2010141233A (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Thiourea group-containing compound, and organic piezoelectric material containing compound having urea group or thiourea group |
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